一种供电费用控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及输配电技术领域，更具体的说是涉及一种高供低控无线费控开关装置及无线费控方法。

背景技术

目前，为加快电力客户用电信息采集智能化建设，实现客户侧预缴电费实时监控、远程管理、电量分析、需求管理等系统功能的完善，从技术上实现电费风险“月清月结”的工作目标，从手段上控制内、外人为因素的干扰，从观念上转变客户传统的缴费模式，从管理上规范供用电秩序，从安全上使电力客户设备隐患得到治理，全面推进营销智能化网络建设，实现国家电网公司提出电力客户用电信息“全覆盖、全采集、全费控”的建设目标。

高低压开关设备厂家相继推出高压费控开关或低压费控开关，在一定程度上满足了国家电网公司的需要。但是现有产品在应用上还存在诸多不便，不能完全覆盖国家电网的需求。如：早期低压费控开关只有自动分闸功能，当用户欠费时费控开关自动分闸，用户充电后不能自动合闸，给电力用户造成不便；最新的费控开关虽具有自动合闸功能，但开关容量只满足居民用户用电需求，针对大容量专变用户则难以选择匹配的低压费控开产品，因此国家电网公司对大容量专变用户采取高压费控方式，而高压费控开关造价高昂，操作风险高，高压线路操作审批严格，且需要专业人员操作，费控造作不能及时执行。

因此，如何实现针对大容量专变电力用户的供电计量和费控执行，提高费控操作安全性、经济性、及时性，使费控操作更加便捷，提高电力用户满意度是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种控制系统及控制方法，

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种供电费用控制系统，包括高压配电装置、低压配电装置和人力操作控制器；所述高压配电装置、所述低压配电装置和所述人力操作控制器进行无线通讯，所述高压配电装置向所述低压配电装置发送分闸控制信号，所述人力操作控制器向所述低压配电装置发送合闸控制信号。

优选的，所述高压配电装置包括高压传感器、高压熔断器、电力变压器、电能表、专变采集终端和分闸遥控模块；所述高压传感器、所述高压熔断器和所述电力变压器通过输电线路连接；所述高压传感器的二次输出端连接所述电能表和所述专变采集终端；所述电能表与所述专变采集终端电气连接，向所述专变采集终端传输电量数据；所述专变采集终端与所述分闸遥控模块电气连接，控制所述分闸遥控模块向所述低压配电装置发送所述分闸控制信号；所述分闸遥控模块向所述低压配电装置无线发送所述分闸控制信号。

优选的，所述低压配电装置包括费控开关、低压配电线路和所述无线接收模块；所述低压配电线路连接所述费控开关，通过所述低压配电线路将电网接入用户中，实现电传输；所述人力操作控制器与所述无线接收模块无线通讯，向所述无线接收模块无线发送所述合闸控制信号；所述无线接收模块与所述分闸遥控模块无线通讯，接收所述分闸遥控模块发送的所述分闸控制信号；所述无线接收模块与所述费控开关电气连接，向所述费控开关发送所述合闸控制信号或所述分闸控制信号。

优选的，所述分闸遥控模块与所述无线接收模块之间的所述无线通讯方式为WiFi或LoRa。

优选的，所述人力操作控制器与所述无线接收模块之间的所述无线通讯方式为蓝牙、ZigBee或433MHz。

优选的，所述分闸控制信号和所述合闸控制信号为节点信号、数字电平信号或数字通信信号。所述分闸控制信号优选所述节点信号，所述合闸控制信号优选所述数字通信信号。

优选的，所述分闸遥控模块根据接收到的所述专变采集终端发送的所述分闸控制信号向所述无线接收模块发送所述分闸遥控信号，所述分闸遥控模块发送所述分闸遥控信号的数量、时间间隔、持续时间与接收到的所述分闸控制信号的数量、时间间隔、持续时间一致。

优选的，所述人力操作控制器为手持式合闸遥控器，所述手持式合闸遥控器上设置有按键，所述按键被按下时向所述无线接收模块发送所述合闸控制信号，所述手持式合闸遥控器发送所述合闸控制信号的数量与所述按键被按下的次数一致。

优选的，所述无线接收模块、所述分闸遥控模块及所述人力操作控制器进行无线通信收发数据时，满足通信地址匹配的条件才能根据通信数据指令进行操作，如果通信地址不匹配则不执行任何操作，避免多系统工作时相互干扰。

优选的，所述费控开关具备电动合分闸操作结构，可自动进行分闸或合闸操作；所述费控开关包括断路器、负荷开关或隔离开关等。

优选的，所述费控开关为带有保护功能的自动重合闸断路器。

优选的，所述控制系统还包括主站，所述主站设置有无线通讯模块，与所述专变采集终端之间以无线通信方式传输费控指令以及所述电量数据，所述无线通信方式包括GPRS、4G或5G。

优选的，所述主站存储有用户的缴费信息，并根据读取的所述电量数据实时计算用户电费余额。

优选的，所述高压配电装置为10KV及以上电压等级的配电装置，所述低压配电装置为1500V及以下电压等级的所述配电装置。

一种供电费用控制系统的控制方法，包括以下具体步骤：

步骤1：主站根据用户缴费情况与电量数据判断是否需要进行费控操作，如果所述电量数据换算成的电费数值大于所述用户电费余额时，进入步骤2；否则进入步骤4；

步骤2：当所述用户欠费时，主站发送费控指令到专变采集终端，所述专变采集终端控制分闸遥控模块向无线接收模块发送所述分闸控制信号，所述无线接收模块将所述分闸控制信号传输至费控开关，控制所述费控开关进行分闸操作；

步骤3：所述主站监控所述用户的所述缴费情况，如果所述用户未补足电费，所述主站以固定时间间隔持续向所述专变采集终端发送所述费控指令，所述专变采集终端以所述固定时间间隔持续控制所述分闸遥控模块发送所述分闸控制信号，控制所述费控开关处于分闸锁定状态，此时费控开关不能执行合闸操作，如果手动强制将所述费控开关合闸，所述费控开关将再次自动分闸；

所述用户缴齐电费后，所述主站停止向所述专变采集终端发送所述费控指令，所述费控开关解除所述分闸锁定状态，此时所述用户使用人力操作控制器通过按键操作，向所述无线接收模块发送合闸遥控信号，所述无线接收模块向所述费控开关传输所述合闸控制信号，控制所述费控开关进行合闸操作；所述用户也可手动合闸所述费控开关，令所述费控开关保持在合闸状态；

步骤4：所述费控开关保持所述合闸状态，所述主站持续监控所述用户缴费情况，所述专变采集终端实时向所述主站传输所述电量数据，并返回所述步骤1。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种供电费用控制系统及控制方法，包括10KV及以上电压等级的高压配电装置、1500V及以下电压等级的低压配电装置和人力操作控制器，通过在高压配电模块设置分闸遥控模块，在低压配电模块设置无线接收模块实现高供低控无线费控功能，避免使用高压负荷开关，直接采用电力变压器的低压侧总开关作为费控开关，实现费控功能。相对原方案，本发明提供的技术方案节省了高压负荷开关，具有明显的经济优势，同时提升台区自动化运维水平，规范用电秩序，提升管理水平。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的供电费用控制系统结构示意图；

图2附图为本发明提供的控制方法流程图；

图3附图为本发明提供的第一实施例供电费用控制系统示意图；

图4附图为本发明提供的第二实施例供电费用控制系统示意图；

图5附图为本发明提供的第三实施例供电费用控制系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种供电费用控制系统，包括高压配电装置、低压配电装置和人力操作控制器；高压配电装置、低压配电装置和人力操作控制器进行无线通讯，高压配电装置向低压配电装置发送分闸控制信号，人力操作控制器向低压配电装置发送合闸控制信号。

为了进一步优化上述技术方案，高压配电装置包括高压传感器、高压熔断器、电力变压器、电能表、专变采集终端和分闸遥控模块；高压传感器、高压熔断器和电力变压器通过输电线路连接；高压传感器的二次输出端连接电能表和专变采集终端；电能表与专变采集终端电气连接，向专变采集终端传输电量数据；专变采集终端与分闸遥控模块电气连接，控制分闸遥控模块向低压配电装置发送分闸控制信号；分闸遥控模块向低压配电装置无线发送分闸控制信号。

为了进一步优化上述技术方案，低压配电装置包括费控开关、低压配电线路和无线接收模块；低压配电线路连接费控开关，通过低压配电线路将电网接入用户中，实现电传输；人力操作控制器与无线接收模块无线通讯，向无线接收模块无线发送合闸控制信号；无线接收模块与分闸遥控模块无线通讯，接收分闸遥控模块发送的分闸控制信号；无线接收模块与费控开关电气连接，向费控开关发送合闸控制信号或分闸控制信号。

为了进一步优化上述技术方案，分闸遥控模块与无线接收模块之间的无线通讯方式为WiFi或LoRa。

为了进一步优化上述技术方案，人力操作控制器与无线接收模块之间的无线通讯方式为蓝牙、ZigBee或433MHz。

为了进一步优化上述技术方案，分闸控制信号和合闸控制信号为节点信号、数字电平信号或数字通信信号。分闸控制信号优选节点信号，合闸控制信号优选数字通信信号。

为了进一步优化上述技术方案，分闸遥控模块根据接收到的专变采集终端发送的分闸控制信号向无线接收模块发送分闸遥控信号，分闸遥控模块发送分闸遥控信号的数量、时间间隔、持续时间与接收到的分闸控制信号的数量、时间间隔、持续时间一致。

为了进一步优化上述技术方案，人力操作控制器为手持式合闸遥控器，手持式合闸遥控器上设置有按键，按键被按下时向无线接收模块发送合闸控制信号，手持式合闸遥控器发送合闸控制信号的数量与按键被按下的次数一致。

为了进一步优化上述技术方案，无线接收模块、分闸遥控模块及人力操作控制器进行无线通信收发数据时，满足通信地址匹配的条件才能根据通信数据指令进行操作，如果通信地址不匹配则不执行任何操作，避免多系统工作时相互干扰。

为了进一步优化上述技术方案，费控开关具备电动合分闸操作结构，可自动进行分闸或合闸操作；费控开关包括断路器、负荷开关或隔离开关等。

为了进一步优化上述技术方案，费控开关为带有保护功能的自动重合闸断路器。

为了进一步优化上述技术方案，高压熔断器为跌落式熔断器。

为了进一步优化上述技术方案，控制系统还包括主站，主站设置有无线通讯模块，与专变采集终端之间以无线通信方式传输费控指令以及电量数据，无线通信方式包括GPRS、4G或5G。

为了进一步优化上述技术方案，主站存储有用户的缴费信息，并根据读取的电量数据实时计算用户电费余额。

为了进一步优化上述技术方案，高压配电装置为10KV及以上电压等级的配电装置，低压配电装置为1500V及以下电压等级的配电装置。

一种供电费用控制系统的控制方法，包括以下具体步骤：

S1：主站根据用户缴费情况与电量数据判断是否需要进行费控操作，如果电量数据换算成的电费数值大于用户电费余额时，进入S2；否则进入S4；

S2：当用户欠费时，主站发送费控指令到专变采集终端，专变采集终端控制分闸遥控模块向无线接收模块发送分闸控制信号，无线接收模块将分闸控制信号传输至费控开关，控制费控开关进行分闸操作；

S3：主站监控用户的缴费情况，如果用户未补足电费，主站以固定时间间隔持续向专变采集终端发送费控指令，专变采集终端以固定时间间隔持续控制分闸遥控模块发送分闸控制信号，控制费控开关处于分闸锁定状态，此时费控开关不能执行合闸操作，如果手动强制将费控开关合闸，费控开关将再次自动分闸；

用户缴齐电费后，主站停止向专变采集终端发送费控指令，费控开关解除分闸锁定状态，此时用户使用人力操作控制器通过按键操作，向无线接收模块发送合闸遥控信号，无线接收模块向费控开关传输合闸控制信号，控制费控开关进行合闸操作；用户也可手动合闸费控开关，令费控开关保持在合闸状态；

S4：费控开关保持合闸状态，主站持续监控用户缴费情况，专变采集终端实时向主站传输电量数据，并返回S1。

实施例

如图1为本发明一种供电费用控制系统的原理图，至少由10kV及以上电压等级的配电装置及其控制装置和1500V及以下电压等级的配电装置及其控制装置人力操作控制器(合闸控制器500)组成。

10kV及以上电压等级的配电装置及控制装置由10kV及以上电压等级的输电线路101、高压传感器102、坠落式高压熔断器103、电力变压器104以及电能表201、专变采集终端202、分闸遥控模块203组成。

1500V及以下电压等级的配电装置及控制装置由费控开关301、低压配电线路302以及无线接收模块401组成。

人力操作的手持式合闸遥控器500，其表面设置至少一个按键。

10kV及以上电压等级的输电线路101上安装高压传感器102、高压熔断器103以及电力变压器104；高压传感器的二次输出电路连接电能表201、专变采集终端202；电能表201与专变采集终端202电气连接，进行数据通信；专变采集终端202与分闸遥控模块203电气连接，进行数据通信，发送分闸控制信号S04。

1500V及以下电压等级的费控开关301的安装于电力变压器104的低压输出端，费控开关301的输出连接低压配电线路302；无线接收模块401与费控开关301电气连接，发送控制信号S01。

分闸遥控模块203与无线接收模块301之间以无线通信方式传输分闸遥控信号S02，无线通信方式包括但不限于WiFi、LoRa等，优选LoRa。

合闸遥控器500与无线接收模块301之间以无线通信方式传输合闸遥控信号S03，无线通信方式包括但不限于蓝牙、ZigBee、433MHz等，优选433MHz。

专变采集终端202与分闸遥控模块203之间传输的分闸控制信号S04包括但不限于节点信号、数字电平信号、数字通信信号，优选节点信号。

无线接收模块401与费控开关301之间传输的控制信号S01包括但不限于节点信号、数字电平信号、数字通信信号，优选数字通信信号。

分闸遥控模块203可置于专变采集终端202外部，也可置于专变采集终端202内部，优选的，如置于专变采集终端202外部。

无线接收模块401可置于费控开关301内部，也可置于费控开关301外部，优选置于费控开关301内部。

分闸遥控模块203根据接收到的专变采集终端202所发送的分闸控制信号S04向无线接收模块401发送分闸遥控信号S02，分闸遥控模块203发送分闸遥控信号S02的数量、时间间隔、持续时间与接收到的分闸控制信号S04的数量、时间间隔、持续时间一致。

合闸遥控器500的按键被按下时向无线接收模块401发送合闸遥控信号S03，合闸遥控器500发送合闸遥控信号S03的数量与按键被按下的次数一致。

无线接收模块401、分闸遥控模块203及无线合闸遥控器500进行无线通信收发数据时，满足通信地址匹配的条件才能根据通信数据指令进行操作，通信地址不匹配不执行任何操作，避免多系统工作时相互干扰。

费控开关301具备电动合分闸操作结构，可自动进行分闸或合闸操作；费控开关301不限于断路器、负荷开关、隔离开关等电器类型，优选带有保护功能的自动重合闸断路器。

控制系统还包括主站600，主站600具备与专变采集终端202之间以无线通信的方式传输费控指令S05以及电能表201的电量数据的能力，无线通信方式包括但不限于GPRS、4G、5G等，优选4G通讯。

主站600存储有电力用户的缴费信息，并根据读取的电能表201数据实时计算用户电费余额。

如图2为本发明一种控制方法的流程图，其步骤为：

主站600根据用户缴费情况与电能计量数据判断是否需要进行费控操作；

当电力用户欠费时，主站600将费控指令S05发送到专变采集终端202，专变采集终端202通过向分闸遥控模块203发送分闸控制信号S04，分闸遥控模块203向无线接收模块401发送分闸遥控信号S02，无线接收模块401向费控开关301发送控制信号S01，控制费控开关301进行分闸操作；

电力用户未补足电费，主站600以固定时间间隔持续向专变采集终端202发送费控指令S05，专变采集终端202通过固定间隔时间持续发送分闸控制信号S04，经过上述通信链路，控制费控开关301处于分闸锁定状态；此时费控开关301不能执行合闸操作；费控开关301处于分闸闭锁状态时，手动强制将费控开关301合闸，费控开关301将再次自动分闸；

电力用户缴齐电费后，主站600停止向专变采集终端202发送费控指令S05，费控开关301解除分闸闭锁；此时电力用户使用合闸遥控器500按键操作，手持合闸遥控器500通过向无线接收模块401发送合闸遥控信号S03，无线接收模块401向费控开关301发送控制信号S01，且费控开关01处于解除分闸锁定状态时，控制费控开关301进行合闸操作；电力用户也可手动合闸费控开关301，且费控开关301处于解除分闸锁定状态时，可保持在合闸状态。

如图3，本发明的第一实施例为变压器柱上安装方式。该实施例中，10kV高压输电线路101经过高压传感器102、跌落式高压熔断器103接入柱上安装的电力变压器104的输入端；电力变压器104的输出端接入配电箱300内的费控开关301的进线端，费控开关301的出线端经过低压配电线路302引出配电箱，给后级负载供电，其中无线接收模块401置于费控开关301内部。电能表201、专变采集终端202及分闸遥控器203安装在柱上配电自动化终端箱200内。该实施例中，费控开关301可选具有自动重合闸功能的智能塑壳漏电保护断路器(CBAR)。

当该电力用户发生欠费时，主站600会通过4G通信网络发送费控指令S05至柱上配电自动化终端箱内的专变采集终端202，专变采集终端202发送分闸控制信号给分闸遥控模块203；分闸遥控模块通过LoRa无线通信的方式向配电箱内的无线接收模块401发送分闸遥控信号S02；无线接收模块401接收到分闸遥控信号S02后向费控开关301发送控制信号S01，使费控开关301分闸，完成该电力用户的通电操作。

在该电力用户补缴所欠电费前，主站600会以固定时间间隔，如60s持续向柱上配电自动化终端箱内的专变采集终端202发送费控指令S05，该指令经过上述通信链路到达费控开关301，使费控开关301处于分闸锁定状态，此时该电力用户无论以手持合闸遥控器500或手动合闸操作，均不能将费控开关301闭合。

在该电力用户补缴所欠电费后，主站600查询到该台区不再欠费，则停止发送费控指令S05，费控开关301在60s内不在接收到分闸控制信号S01，则自动解除分闸闭锁状态。此时电力用户可在配电附近，通过按压手持合闸遥控器500上的按键，合闸遥控器500通过433MHz无线通信网络向配电箱内无线接收模块401发送合闸遥控指令S04，无线接收模块401在接收到合闸遥控指令S04后向费控开关301发送合闸控制指令S01，费控开关301检测当前状态已经处于解除分闸闭锁状态，则执行合闸操作，完成为电力用户的恢复供电操作。

本实施例的优势在于，能够基于高压专变用户现有台区配置方便的实施升级改造。在现有主要10kV输电线路及1500V配电线路主要输配电装置不变的情况下，仅通过更换费控开关及加装相应的无线通信模块即可实现高供低控无线费控功能，提升台区自动化运维水平，规范用电秩序，提升管理水平。本实施例占地面积小，标准化程度高，适合于中小型工业用户。

如图4，本发明的第二实施例，变压器在简易配电室外置安装方式。该实施例与图3所示的第一实施例区别在于1500V及以下电压等级的线路的费控开关301安装与建议配电室中，无线接收模块401仍安装在费控开关301内部。其余配置与图3所示第一实施例相同。图4所示第二实施例的费控操作流程，停电及恢复供电步骤与上述第一实施例相同。

本实施例的优势在于，能够基于高压专变用户现有台区配置方便的实施升级改造。在现有主要10kV输电线路及1500V配电线路主要输配电装置不变的情况下，仅通过更换费控开关及加装相应的无线通信模块即可实现高供低控无线费控功能，提升台区自动化运维水平，规范用电秩序，提升管理水平。本实施例施工便捷，造价节约成本低，适合于中小型居民区用户。

如图5，本发明的第三实施例，变压器及1500V及以下电压等级的费控开关301均安装在标准配电室中。其中标准配电室可分为高压室、变压器室、计量室、低压室等独立功能的小室。电力变压器104安装在变压器室中，费控开关301安装在低压室中，无线接收模块401置于费控开关外部。在该实施例中，费控开关301可选万能式断路器(ACB)。如图5的第三实施例其余配置与图3所示的第一实施例相同。图5所示第三实施例的费控操作流程，停电及恢复供电步骤与上述第一实施例相同。

本实施例的优势在于，能够基于高压专变用户现有台区配置方便的实施升级改造。在现有主要10kV输电线路及1500V配电线路主要输配电装置不变的情况下，仅通过加装相应的无线通信模块即可实现高供低控无线费控功能，提升台区自动化运维水平，规范用电秩序，提升管理水平。本实施例标准化程度高，供配电基础条件好，应用于相对第一、第二实施例更大容量的输配电工程，适合于大中型工业企业、园区及居民住宅区用户

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。